基于大數據的超聲波溫控在線檢測系統設計與實現

張國政

(陜西國防工業職業技術學院 汽車工程學院,陜西 西安 710300)

大數據工業分析是一個檢查、清理、轉換和數據建模的復合過程,關于大數據分析的研究有很多。如張夢瑤將大數據分析應用到環境的監測領域,通過收集到的大量大氣顆粒物,利用數據模型將具有相似性質的顆粒物聚集到一個分組中,以此來判斷某地區內主要大氣污染物的成分,并根據成分判斷污染物可能的來源,為大氣污染防治治理提供參考依據[1];徐蔓青將大數據分析應用于交通領域,通過獲取到的海量交通數據來比對各個路段的實時交通運行狀態,為緩解交通運輸狀況和人民生產生活提供了有效的幫助[2-4]。

隨著工業化進程的不斷推進,全自動超聲波在線檢測技術在海底管線等長距離管道檢驗中得到了廣泛的應用,超聲波檢測技術檢測能力強、效率高、環保性能好等優勢明顯,在海底管線鋪設過程中發揮了重要作用,已成為海底管線鋪設檢驗首選方法之一[5]。LNG儲罐內罐目前國內主要采用9%Ni鋼制造,該鋼種焊接性能要求較高。9Ni鋼是一種磁化性較強的材料,在材料加工、運輸過程中都可能被磁化。當采用直流電源機焊接時,會導致母材進一步被磁化,產生電弧磁偏吹,無法正常施焊[6]。這也給后續的無損檢測增加了難度,加之儲罐結構一般都較大,人工檢測無法實現,能夠實現自動化的無損檢測系統是很好的選擇[7]。

超聲波探傷是應用最廣泛的無損探傷方法之一,尤其適合LNG儲罐,是輪船焊縫檢測的首選檢測手段[8]。超聲波是一種機械波,只要有振動的介質,就可以進行檢測,而且機械波容易控制,易于實現自動化。超聲波在線檢測技術具有傳輸距離遠、應用材料種類及范圍廣的優點,常用于火車鐵軌、海底管道及一些特種設備的無損檢測和探傷,利用特殊材料和超聲波技術結合可以用于高溫測量和探傷[9]。

目前,在美國、俄羅斯、加拿大等國家的核燃料元件廠均采用超聲波探傷方法在線檢測焊縫質量,運用超聲波成像技術,結合數字化處理手段,將焊縫缺陷,如裂紋、未熔合、夾渣等用二維平面展開成像,記錄缺陷的形狀和尺寸,自動測量記錄,用不同的顏色標示缺陷的類型和性質,智能繪制圖像,可以全部實現自動化、智能化,并將檢測信息迅速反饋給技術人員,優化焊接工藝過程,進一步提高焊接質量,減少廢品率,且檢測結果準確可靠[10-14]。經過大量的研究和試驗工作,目前,無損檢測人員對9Ni鋼焊縫的超聲檢測難點和盲點已有一定的解決方法,為了將經驗技術應用于實際的壓力容器制造中,經過幾年的研究,國內初步形成了關于奧氏體不銹鋼焊縫的推薦性標準JB/T4730.3-2005[15]。

1 超聲波檢測系統總體設計方案

研究發現焊接質量檢測時常使用人工手持檢測儀檢測,人工檢測時需要手持儀器不斷變換位置,較為消耗體力,所需檢測空間要求高,且檢測效率低,當被檢測的焊接板厚較大時,翻轉麻煩,針對以上問題,本文設計研發一種全自動焊縫焊接質量檢測系統,該系統不需要人工翻轉,檢測效率能達到目前傳統檢測儀器的3倍以上,設計的系統應用范圍廣,尤其適合海底管道的檢測和故障診斷。

本文根據所設計系統的特點和應用場所,提出的總體技術方案為:首先解決超聲波檢測系統在應用中的情況和存在問題的整理分析,其次完成檢測系統的結構設計,設計滑座,并在上面設計調節機構、驅動機構、限位機構、檢測機構和控制機構,將大數據技術手段應用于系統進行數據分析和檢測調整,最后結合企業生產實際優化并完成結構設計,系統可以利用計算機網絡單元進行檢測數據采集和分析,以保證檢測的精確性和數據的可追溯性(見圖1)。

圖1 超聲波在線檢測系統機構關系圖

2 超聲波檢測系統結構設計與實現

本文設計的基于大數據的超聲波在線檢測系統具體結構如圖2所示,包含滑座,滑座上設有:調節機構,調節機構由支撐塊、L型滑塊、第一連接塊、第二連接塊組成,支撐塊固定連接在滑座頂部左側,L型滑塊與滑座滑動連接,第一連接塊與第二連接塊分別固定連接在支撐塊與L型滑塊頂部。驅動機構由螺紋桿、限位支撐塊、電機組成,螺紋桿螺紋連接在第二連接塊右側,螺紋桿遠離第二連接塊的一端貫穿限位支撐塊且與電機轉軸固定連接,電機與限位支撐塊固定連接,限位支撐塊固定連接在滑座頂部右側。第一連接塊與第二連接塊之間配合設有用于進行焊縫質量檢測的檢測機構,檢測機構由轉動件、矩形滑桿、矩形滑筒、伸縮桿、檢測儀組成,轉動件由圓形板塊,轉動環塊、U型夾塊、螺紋栓組成,轉動環塊內壁上設有環形凸起,圓形板塊配合環形凸起設有環形槽,轉動環塊通過環形凸起與環形槽配合轉動連接在圓形板塊上,U型夾塊固定連接在圓形板塊中心,螺紋栓貫穿U型夾塊一端且與U型夾塊螺紋連接,兩組轉動件的圓形板塊分別與第一連接塊與第二連接塊固定連接,矩形滑桿一端與靠近第一連接塊的一組圓形板塊固定連接,矩形滑桿遠離第一連接塊的一端貫穿另一組圓形板塊,矩形滑筒與矩形滑桿滑動連接且位于兩組轉動件之間,伸縮桿兩端分別與檢測儀和矩形滑筒固定連接。支撐塊與靠近支撐塊的一組轉動件配合設有用于限制轉動件轉動的限位機構,限位機構由限位銷和復位彈簧組成,轉動環塊配合限位銷設有兩組對稱的限位槽,限位銷貫穿支撐塊延伸至限位槽中,復位彈簧兩端分別與支撐塊和限位銷固定連接,限位機構如圖3所示。

圖2 超聲波在線檢測系統結構示意圖

圖3 限位機構結構示意圖

工作時,啟動電機,電機帶動螺紋桿轉動,螺紋桿轉動連接在滑座上的帶動L型滑塊滑動,使兩組轉動件的間距改變,當間距合適時,停止電機,使待測焊接板焊縫與檢測儀對正后將焊接板兩端卡在兩組U型夾塊間并轉動螺紋栓,將焊接板固定,通過伸縮桿調節檢測儀高度至合適位置,通過矩形滑筒使檢測儀在矩形滑桿上滑動,對焊接質量進行檢測,檢測焊接塊另一側時,拔動限位銷,使限位銷遠離限位槽,可轉動環塊,將檢測儀位置倒轉至焊接板下方,松開限位銷,復位彈簧使限位銷再次卡入限位槽,系統固定,可對焊接板反面進行檢測。

3 超聲波檢測系統測試結果分析

啟動電機檢測系統開始工作,電機轉動帶動螺紋桿轉動,螺紋桿轉動又帶動連接在滑座上的L型滑塊滑動,這樣兩組轉動件的間距改變,根據檢測工件的實際尺寸,當間距合適時,電機停止轉動,使待測工件焊縫與檢測儀對正后將焊接板兩端卡在兩組U型夾塊間并轉動螺紋栓,將焊接管道固定,通過伸縮桿調節檢測儀的高度至合適位置,轉動矩形滑筒使檢測儀在矩形滑桿上滑動一定距離,對焊接質量進行檢測,檢測結果通過控制系統顯示在電腦上,結果如表1所示。檢測管道另一側時,拔動限位銷,使限位銷遠離限位槽,再轉動環塊,將檢測儀的位置倒轉至焊接板下方,限位銷松開,復位彈簧可以使限位銷再次卡入限位槽,工件被重新固定,可對焊接板反面進行檢測,檢測后的數據與前面數據由計算機進行匯總,檢測結果準確,還可以檢測不同厚度的管道焊縫情況。

表1 不同厚度的管道檢測結果對比

4 結 論

與現有在線檢測系統相比,本文設計的超聲波在線檢測系統有如下優點:

(1)通過設計的檢測系統進行檢測,節省人力,提高檢測效率,改變了人工檢測時需要手持檢測儀不斷變換位置,較為消耗體力,使檢測效率不高的問題。

(2)通過固定板轉動檢測儀的方式對焊接板兩側進行檢測,檢測方便,節省時間,檢測效率可以達到傳統檢測儀器的3倍以上。

(3)可以實現全自動在線檢測,并且能夠進行數據分析,還可以準確定位缺欠位置。

(4)從測試結果可以看到,檢測準確且耗時少,可檢測不同厚度的管道。